블로그

Aug 06, 2023

앙상블 학습 방식을 사용하여 설계 가능한 친환경 재료를 기반으로 한 혼합물의 표면 장력 추정에 대한 통찰력

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14145(2023) 이 기사 인용 43 측정항목 세부 정보 액세스 이온성 액체(IL)와 그 혼합물의 물리적 특성을 정확하게 추정하는 방법은 다음과 같습니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14145(2023) 이 기사 인용

43 액세스

측정항목 세부정보

이온성 액체(IL)와 그 혼합물의 물리적 특성을 정확하게 평가하는 것은 엔지니어가 새로운 산업 공정을 성공적으로 설계하는 데 매우 중요합니다. 이러한 특성 중에서 표면 장력이 특히 중요합니다. 다양한 응용 분야에서 최적의 활용을 보장하려면 순수 IL의 특성뿐만 아니라 혼합물에 대한 지식도 필요합니다. 이와 관련하여 본 연구에서는 포괄적인 데이터 세트를 사용하여 다양한 이온성 액체(IL)의 이성분 혼합물의 표면 장력을 모델링하는 데 있어 확률적 경사 부스팅(SGB) 트리의 효율성을 평가하는 것을 목표로 했습니다. 데이터 세트는 278.15~348.15K의 온도 범위에서 0.0157~0.0727Nm−1의 표면 장력 범위를 포괄하는 48개의 서로 다른 IL과 20개의 비IL 구성 요소에서 얻은 4010개의 실험 데이터 포인트로 구성되었습니다. 연구에서 추정된 값은 다음과 같습니다. 높은 상관 계수(R)와 각각 0.999보다 크고 0.004보다 작은 낮은 평균 상대 절대 오차로 입증된 바와 같이 보고된 실험 데이터와 잘 일치합니다. 또한, 사용된 SGB 모델의 결과를 SVM, GA-SVM, GA-LSSVM, CSA-LSSVM, GMDH-PNN, 3개 기반 ANN, PSO-ANN, GA-ANN, ICA-ANN, TLBO-ANN, ANFIS, ANFIS-ACO, ANFIS-DE, ANFIS-GA, ANFIS-PSO 및 MGGP 모델. 정확도 측면에서 SGB 모델은 다른 기술에 비해 더 우수하고 편차가 훨씬 낮습니다. 또한, 표면장력 예측에 있어서 각 변수의 중요성을 알아보기 위한 평가를 실시한 결과, 가장 영향력 있는 인자는 IL의 몰분율인 것으로 나타났다. 결국 모델의 적용 범위를 조사하기 위해 William의 플롯을 활용하였다. 데이터 포인트의 대부분, 즉 전체 데이터 세트의 98.5%가 안전 한계 내에 있었기 때문에 제안된 모델은 적용 가능성이 높고 예측이 타당하고 신뢰할 수 있다는 결론을 내렸습니다.

지난 몇 년 동안 전 세계의 과학자, 엔지니어, 규제 기관 및 정책 입안자 사이에서 이온성 액체(IL)에 대한 관심이 급증했습니다1. 유기 양이온과 유기/무기 음이온으로 구성된 이러한 용융염은 다양한 응용 분야를 위한 새로운 종류의 화합물로 다양한 산업 분야에서 인기를 얻고 있습니다. 부피가 크고 비대칭적인 양이온 구조2로 인해 IL은 규칙적인 결정을 형성하는 경향이 낮고 따라서 주변 온도에서 액체 상태로 유지됩니다.

우수한 촉매 특성, 낮은 증기압, 불연성, 다양한 유기 화합물에 대한 높은 용매화 용량, 높은 열 및 화학적 안정성과 같은 IL의 탁월한 특성으로 인해 IL은 다양한 공정에서 기존 재료에 대한 지속 가능한 대안을 유망하게 만듭니다3,4 ,5. IL은 양이온이나 음이온에 구조적 변형을 가해 특정 공정에 맞게 특성을 맞춤화할 수 있기 때문에 종종 "설계 가능한 재료"라고 불립니다6. 현재 IL은 EOR(Enhanced Oil Recovery)7 공정, 추출 공정8,9,10,11, 촉매 반응12, 분리 공정13,14,15, 전기화학16, 리튬 배터리17, 바이오매스를 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 응용 분야에 사용되고 있습니다. 변환18, 탈황19, 석탄 용해20, 역청 처리21,22, 원유 용해23,24, 아스팔텐 용해25, 원유/물 IFT 감소26.

IL의 화학적, 물리적, 열역학적 특성 또는 다른 화합물과의 혼합물에 대한 포괄적인 이해를 갖는 것은 매우 중요합니다. 특히 IL의 산업적 적용의 상당 부분이 저장소의 EOR 공정과 같은 혼합물27을 포함하기 때문입니다. 이는 학문적, 산업적 관점 모두에서 매우 중요합니다.

표면 장력은 IL 및 관련 혼합물의 중요한 거시적 물리적 특성입니다. 이는 증류, 추출 및 흡수와 같은 물질 이동을 포함하는 다가오는 산업 공정의 적절한 설계 및 운영에 필수적인 역할을 합니다3,29. 석유 산업에서 표면 장력은 분류기, 흡수기, 분리기, 2단계 파이프라인 설계 및 저수지 평가에 특히 중요합니다30. 이는 인터페이스31의 질량 및 열 전달에 큰 영향을 미치기 때문입니다. 관심 있는 독자는 IL의 표면 장력이 중요한 이유에 대한 자세한 설명을 제공하는 Tariq et al.32를 참조하십시오.